Где в мозге «прячется» сознание?

Ученые на протяжении многих лет занимаются поисками нервных коррелятов сознания. Однако до сих пор вопрос, какие именно области мозга отвечают за наличие сознательного опыта, остается открытым. Исследователи из Токийского университета предположили, что сознательные состояния могут быть связаны с активностью областей мозга, обладающих свойствами рекуррентных нейронных сетей. В своей работе, опубликованной в журнале Cerebral Cortex, они использовали разработанный ими метод  и применили его для анализа коннектома всего мозга мыши. Найденные ими области — преимущественно изокортикальные и таламические, а также ограда мозга — вполне соответствуют тем структурам, с которыми ученые ранее уже связывали сознательные процессы.

Схема выделения комплексов. Credit: Jun Kitazono, Yuma Aoki, Masafumi Oizumi / Cerebral Cortex 2022


Где в мозге находится сознание? Существует несколько подходов к поиску ответа на этот вопрос. Ряд ученых придерживается системной парадигмы, полагая, что у сознания нет определенных коррелятов. Однако существует и локализационистский подход, приверженцы которого считают, что в мозге есть конкретные области, которые могут выступать в качестве субстрата сознания наряду с областями, которые не связаны с сознательными процессами. В рассматриваемой нами работе исследователи занимались поиском таких нейронных сетей, которые могли бы считаться “the locus of consciousness”.

Гипотеза исследователей состояла в том, что области, в которых “живет” сознание, должны включать в себя нейронные сети, имеющие как с прямую (feed-forward processing), так и обратную (feedback processing) связь. Так, например, в сетчатке не могут протекать сознательные процессы, поскольку она связана с остальными областями мозга только посредством прямой связи.

Чтобы определить области, обладающие свойствами рекуррентных (то есть имеющих обратную связь) нейронных сетей, ученые действовали следующим образом. Сперва они определяли локализацию главного комплекса (a “main” complex) — нейронной сети с максимальной силой двунаправленных связей. Затем они искали области вблизи главного комплекса, обладающие меньшей силой двусторонних связей.

Таким образом, у них получилась иерархическая структура: главный комплекс — ядро, и близлежащие области — периферия. Для такого анализа они использовали разработанный ими алгоритм иерархического разделения для поиска комплексов (hierarchical partitioning for complex search, HPC), позволяющий идентифицировать комплексы с помощью иерархического разделения всей сети. 

Для исследования взаимосвязи между комплексами и сознанием ученые применили свой метод для анализа коннектома всего мозга мыши и выделили в нем комплексы. Они обнаружили, что комплексы с сильными двунаправленными связями включают в себя те области мозга, которые ранее считались главными кандидатами на роль коррелятов сознания (изокортикальные и таламические области, ограда мозга). Параллельно они провели анализ, в котором двунаправленность связей не учитывалась. Такой подход не позволил выделить комплексы. 

Авторы подчеркивают, что их анализ направлен на исследование анатомического, а не функционального коннектома, в то время как сознательный опыт связывают с определенными паттернами активности мозга. Так, они предполагают, что локализация двунаправленно связанных областей может изменяться со временем. Поэтому в будущем они планируют провести подобный анализ на данных нейрональной активности.


Текст: Евгения Букина

Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness by Jun Kitazono, Yuma Aoki, Masafumi Oizumi in Cerebral Cortex. Published July 2022

https://doi.org/10.1093/cercor/bhac143

«Обычному нейроученому философия не нужна, но у нас есть пересекающиеся интересы»

Московский центр исследования сознания — это необычное научное подразделение при философском факультете МГУ, основным направлением исследований которого являются проблемы сознание-тело, свободы воли и моральной ответственности,…

Антон Кузнецов. Проблемы сознания. Чем сознание проще, тем сложнее сказать что оно такое

Очередной семинар в рамках проекта #CNBR_Open преследует цель ознакомить участников с проблемой сознание-тело, фундаментальными трудностями на пути ее решения и каким в принципе может и…

Борьба за сознание

На прошедшей 19 февраля в Научном центре неврологии ежегодной сессии учёного совета был представлен доклад, посвящённый результатам проходящих в НЦН исследований в области хронических нарушений…

В единую сеть «мозг-мозг» объединили трёх человек

Исследователям из США удалось соединить мозг трёх людей в одну сеть. Интерфейс мозг-мозг назвали BrainNet, это неинвазивный способ передачи информации от двух добровольцев третьему с…

Вернется ли сознание: покажет ПЭТ

Проблема диагностики и прогноза хронических нарушений сознания (минимального состояния сознания и вегетативного состояния, которое сейчас принято более корректно называть синдромом ареактивного бодрствования)  стоит очень остро. Очень…

Жуки и лягушки: каузальный редукционизм и каузальные структуры

Каузальный редукционизм — это один из подходов к пониманию функционирования сложных систем, в том числе биологических. Он основан на предположении, что для каузального объяснения работы…

Исследования сознания: споры и предположения

Мозг состоит из около 86 миллиардов дискретных нервных клеток (и такого же количества глиальных клеток). Каждая клетка образует тысячи контактов с другими нейронами. Как же…

Как поймать сознание

Где в мозге «живёт» сознание и что это вообще такое? Этот вопрос на протяжении столетий рассматривался философами, психологами, а в последнее время – неврологами и…

Как улучшить мозг. Выпуск 18. Разговоры о будущем: химерный мозг и внешние интерфейсы

Мы продолжаем освещать исследовательский топик Augmentation of Brain Function: Facts, Fiction and Controversy. Разговоры про улучшение мозга внешними воздействиями можно вести путями. Один из путей,…

Как улучшить мозг. Выпуск 2: как объяснить сознание?

Мы продолжаем рассказ об исследовательском сборнике «Augmentation of Brain Function: Facts, Fiction and Controversy», вышедшем в научной группе Frontiers. Сегодня – обзор второй из 150…

Как улучшить мозг. Выпуск 31: что такое контроль за разумом?

Функциональная нейрохирургия возродила интерес к хирургическому лечению психических заболеваний. При помощи технологии глубокой стимуляции можно изменять функции различных областей мозга с целью лечения таких заболеваний,…

Как улучшить мозг. Выпуск 6: что есть сознание и есть ли оно у интернета?

Попытки расширить функционал человеческого мозга неизбежно связаны с тем, что Нед Блок назовёт в своей статье от июня 1995 года феноменальным сознанием, а именно телесными…

Мозг во время сна: активность выше, сознание ниже

Швейцарские исследователи установили, что перед стадией глубокого сна активность между различными функциональными сетями мозга увеличивается, однако это не приводит к эффективной коммуникации. Именно этот факт,…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 169: клауструм у рептилий. Сознание?

Клауструм (ограда) – небольшая область в мозге млекопитающих, имеющая множество проекций к другим структурам мозга, но не имеющая четко определенной функции. Френсис Крик считал, что…